論地下工程引起的地質(zhì)問題及防治措施論文

　　摘要：隨著城市建設(shè)的大力發(fā)展，地下工程建設(shè)越來越多，由此引發(fā)的各類工程地質(zhì)問題也逐漸顯現(xiàn)出來，根據(jù)城市地下工程的特點，對地下工程開挖引起的工程地質(zhì)問題進(jìn)行了分析并提出了預(yù)防措施。

　　關(guān)鍵詞：地下工程；工程地質(zhì)問題；預(yù)防

　　城市地下工程具有現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高、工期長、對環(huán)境影響控制要求高等特點，是一項相當(dāng)復(fù)雜的高風(fēng)險性系統(tǒng)工程。但是，地下工程建設(shè)一般都在市區(qū)內(nèi)，在其施工過程中常常會引起周圍地層的位移、變形、沉降與塌陷等環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，對周圍地面建筑物及基礎(chǔ)、地下早期人防和其他構(gòu)筑物、公共地下管線和各種地下設(shè)施以及城市道路的路基、路面等都可能構(gòu)成不同程度的危害，已經(jīng)出現(xiàn)并且孕育諸多工程地質(zhì)問題。

　　1地下工程開挖引起的工程地質(zhì)問題

　　1.1地面沉降

　　1.1.1地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變引起的地表沉降：地下工程開挖是在存在初始應(yīng)力場的地層中進(jìn)行的，開挖引起地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變，即二次應(yīng)力場，它是由地層初始應(yīng)力場與開挖引起的附加應(yīng)力場的疊加應(yīng)力場，對應(yīng)二次應(yīng)力場開挖的位移場僅是由開挖引起的附加應(yīng)力場。地表沉降的主要機(jī)理是由開挖面的應(yīng)力釋放，附加應(yīng)力等引起地層的彈塑性變形。引起初始地應(yīng)力狀態(tài)改變的主要原因有：

　�。�1）地下工程開挖引起的附加應(yīng)力；

　　（2）地下工程施工對地層的擾動和地層損；

　�。�3）地下水滲流引起的地下水位的變化。

　　1.1.2土體的固結(jié)沉降：地下工程施工引起的地表沉降與時間有關(guān)。土體內(nèi)部含水滲出，體積逐漸減少，這一現(xiàn)象成為土的“固結(jié)”。隨著土體的固結(jié)，土體的壓縮變形和強(qiáng)度逐漸增長。因此，土的固結(jié)所產(chǎn)生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的問題之一。根據(jù)地下工程施工的特點總結(jié)固結(jié)沉降的主要原因有：

　�。�1）地下水位下降引起的固結(jié)沉降；

　�。�2）土體空隙水壓力變化，引起土體的固結(jié)沉降；

　　（3）土體擾動后，重新固結(jié)后產(chǎn)生沉降；

　�。�4）土體的次固結(jié)和流變。

　　1.2洞室圍巖失穩(wěn)

　　地下開挖后，洞壁圍巖由于失去了原有的巖體的支持而向洞內(nèi)產(chǎn)生松脹變形，如果變形超過了圍巖所能承受的能力，圍巖就會被破壞。圍巖的變形破壞程度常取決于圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)和洞室的斷面形狀等。洞室開挖使地下原來的應(yīng)力狀態(tài)被破壞，圍巖應(yīng)力重分布，產(chǎn)生變形位移。

　　均質(zhì)巖土體中應(yīng)力未達(dá)到或未超過其強(qiáng)度以前，在開挖過程中的變形，以彈性變形為主，變形速度快，變量小，瞬時完成，一般不易察覺；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過巖土體強(qiáng)度時，塑性變形十分明顯，發(fā)生壓碎、拉裂或剪破。當(dāng)巖體強(qiáng)度主要由結(jié)構(gòu)面控制時，與上述情況基本一樣，但當(dāng)結(jié)構(gòu)面組合構(gòu)成圍巖不穩(wěn)定條件時，巖體除了彈性變形外，塑性變形也比較明顯，它表現(xiàn)為圍巖分離體（巖塊）的相互錯動，圍巖松動時圍巖穩(wěn)定性降低，為進(jìn)一步松動創(chuàng)造了條件。

　　1.3斜坡破壞

　　斜坡破壞主要發(fā)生在山區(qū)城市，除直接經(jīng)濟(jì)損失外，還可能造成人員傷亡，其原因主要是:由于自然地質(zhì)作用和工程地質(zhì)作用引發(fā)的，而工程地質(zhì)作用造成的斜坡破壞較自然地質(zhì)作用頻率大。當(dāng)然決非任何斜坡破壞都能稱為地質(zhì)災(zāi)害，但斜坡破壞確屬重大的地質(zhì)災(zāi)害類型之一。

　　斜坡破壞主要形式為滑坡，其影響因素主要有巖性、構(gòu)造、地形、地震、降雨及人類活動等。其中，許多山體滑坡現(xiàn)象是由地下工程活動引發(fā)的，即主要是由于地下工程的開挖或采掘影響到了上部的山體，使巖體開裂，地面傾斜，并在一定條件的配合下，導(dǎo)致山體失穩(wěn)形成滑坡。在隧道建設(shè)中，滑坡現(xiàn)象主要發(fā)生在淺埋、偏壓及進(jìn)出口等地段，其危害常常比較嚴(yán)重。為評價斜坡巖土的穩(wěn)定性，預(yù)防斜坡破壞導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害，認(rèn)識引起斜坡破壞的內(nèi)在原因與外部條件，掌握其運(yùn)動發(fā)展規(guī)律顯得非常重要，尤其是當(dāng)前在城市這個人類經(jīng)濟(jì)活動的密集區(qū)，斜坡破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡都是巨大的，都是由于工程活動不合理造成的。 1.4地下水污染

　　在城市環(huán)境地質(zhì)中地下水的不良作用主要表現(xiàn)為地下水的侵蝕。地下水的不良作用和地下水污染主要由人為引起。隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，人類活動加劇，對地下水的污染越來越嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為：多數(shù)城市垃圾隨意堆放；工業(yè)廢水和廢液不經(jīng)處理或初步處理后任意排放。首先污染地表水，經(jīng)地表水補(bǔ)給地下水或滲入地下水，再污染地下水，使地下水具有侵蝕性，對城市的建筑物基礎(chǔ)及地下工程不斷侵蝕破壞。

　　2防治措施

　　2.1開展詳盡的工程地質(zhì)勘察

　　工程地質(zhì)勘察資料是地下工程施工的重要依據(jù)，通過詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察，為設(shè)計施工提供需要的參數(shù)和指標(biāo)，確定合理的開挖方案、開挖步驟，如果地下工程建設(shè)所涉及勘察資料不詳細(xì)、不準(zhǔn)確，勢必給支護(hù)工程帶來事故隱患。

　　2.2做好開挖方案的優(yōu)化選擇

　　地下工程的開挖方法很多，以基坑工程為例，有分層全開挖、中心島式開挖等等。開挖順序不同，引起的位移不同，中心島法的開挖順序就比從一個方向按順序向另一個方向的開挖方法，對基底隆起和樁后地面沉降有一定程度地減少。因此，基坑開挖時應(yīng)做好開挖方案的優(yōu)化選擇。

　　2.3實行科學(xué)的降水設(shè)計

　　水是影響基坑工程穩(wěn)定的重要因素之一，從實際統(tǒng)計資料來看，約有70%的基坑事故與地下水有關(guān)，因此，地下工程建設(shè)中應(yīng)特別注意地下水的影響。地下工程建設(shè)絕大多數(shù)都需要進(jìn)行人工降低地下水。要降低地下水位，就要合理地選擇降水方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行人工降水的方案設(shè)計，以及進(jìn)行降水方案的水位預(yù)測，通過預(yù)測進(jìn)行降水方案的優(yōu)化，從而達(dá)到最佳的降水方案。

　　2.4做好現(xiàn)場監(jiān)測，開展信息化施工技術(shù)

　　地下工程是土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)體相互共同作用的一個動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，僅依靠理論分析和經(jīng)驗估計是難以把握在復(fù)雜的開挖和降雨等條件下支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形破壞，也難以完成可靠而經(jīng)濟(jì)的開挖設(shè)計。通過施工時對整個工程進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測，可以了解變化的態(tài)勢，利用監(jiān)測信息的反饋分析，就能較好地預(yù)測系統(tǒng)的變化趨勢。當(dāng)出現(xiàn)險情預(yù)兆時，可做出預(yù)警，及時采取措施，保證施工和環(huán)境的安全；當(dāng)安全儲備過大時，可及時修改設(shè)計，削減圍護(hù)措施。

　　2.5積極采用新技術(shù)、新方法

　　工程實踐證明，采用基坑內(nèi)降水、坑內(nèi)側(cè)土體加固（化學(xué)灌漿、石灰樁加固等）、及時支撐并預(yù)加軸力、增加擋墻的入土深度、墻外地層中筑帷幕、坑內(nèi)降水坑外注水、分步開挖、逆作法施工、信息反饋施工法的采用等，對改善基坑變形、提高其穩(wěn)定性有重要意義。計算機(jī)技術(shù)方法應(yīng)廣泛地應(yīng)用到地下工程建設(shè)中，如進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與計算、計算機(jī)制圖、計算機(jī)輔助深基坑設(shè)計、信息施工與管理等領(lǐng)域具有十分廣闊的前景。

　　結(jié)語

　　地下空間資源正越來越多被開發(fā)利用于各種領(lǐng)域，如地下軌道交通工程、地下街、地下室、地下車庫等各類地下工程，已經(jīng)成為現(xiàn)代城市功能轉(zhuǎn)入地下的重要載體。但是，地下工程建設(shè)一般都在市區(qū)內(nèi)，在其施工過程中常常會引起周圍地層的位移、變形、沉降與塌陷等環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，對周圍地面建筑物及基礎(chǔ)、地下早期人防和其他構(gòu)筑物、公共地下管線和各種地下設(shè)施以及城市道路的路基、路面等都可能構(gòu)成不同程度的危害。因此，研究城市地下建設(shè)工程引起的地質(zhì)問題及其防治措施具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實意義。

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